海洋强国背景下创新型研究生培养模式探索

黄 玉，李 立，孙伟民，武立华

（哈尔滨工程大学 物理与光电工程学院，哈尔滨 150001）

高新科术既有高难度的理论问题，也有高难度的技术问题，迫切需要高校培养理工结合的复合型创新人才。徐扬等就加强理工结合提出了两点建议：一是加快应用理科人才的培养，二是加速理工集合的高新技术发展。吴松等认为建设强大的理科是建设一流工科大学的必要条件，也指出了理工结合存在的问题。青岛大学通过理工结合，调整优化物理学科专业机构以提高人才培养与社会需求的契合度。清华大学也在培养理科应用型人才方面做了一些教学实践探索。杜善义院士将理工结合的理念应用到哈尔滨工业大学复合材料研究所的教学与科研实践，取得了很好的实际成效。钱锡康等在文献中提到李惕碚院士认为培养创新型、高水平的科技人才必须理工结合。张海明等分析了理工结合、协同发展的障碍及原因。袁士和认为理工结合是高校理科进行教改的一条重要途径。王大志等针对现行的仪器学科研究生培养体系，提出如何构建“理工结合”的培养模式。

理工结合是一种交叉学科活动。西方学者指出：这种学科交互行为包括从广阔的领域下简单的思想交流，到各种概念、方法、过程、认知论、术语和数据的整合，以及研究与教育的重新组构；交叉学科活动的成员具有不同知识训练背景，可通过不断的学科间交流将不同的概念、方法、数据与术语致力于共同的问题。Boyer 在华盛顿建立了新式的文理学院，该校不限定学生必须修读的学科课程，允许学生进行完全的交叉学科研究。跨学科联合导师指导组可以从多学科的角度给学生以指导，而不只局限于自己学科的范围，在一定程度上可以拓宽学生的视野。Rinia等首先考虑在全球范围内各学科之间的知识交流，基于1999 年世界出版物产出的期刊论文跨学科引文分析显示了基础生命科学在生命科学中和物理学在精密科学中的核心地位，讨论了可用于量化各领域之间的知识转移率和量化某一领域工作或其他学科的重要性的措施。

深度发展的海洋信息化是将新一代信息技术与海洋环境、海洋装备、人类活动和管理主体四大板块信息深度融合，实现互联互通、智能化挖掘与服务，是认识和经略海洋、打赢海洋信息化局部战争的神经系统，围绕着国家海洋强国战略，聚焦海洋领域多学科交叉的科学技术问题，服务海洋强国建设的复合型高层次创新人才培养，国内多所著名大学成立了海洋学院或海洋研究院。浙江大学研究生院发布了海洋交叉学科研究与博士生培养2018 年和2019 年项目指南，在理工交叉方面选定了信息海洋、海洋大数据及智能船舶等科研课题，对于水下目标探测这一多学科交叉学术问题，招生对象的专业背景要求是物理、数学和信息工程。天津大学海洋学院拟面向海洋科学、海洋技术、船舶与海洋工程等涉海研究相关专业招收硕士与博士研究生。从这两所国内顶尖大学所发布的研究生招生指南看，海洋信息领域存在明显的理工交叉与多学科融合的特点。作者所在单位科研项目的选题具有面向海洋信息领域的理工结合、多学科交叉的特点，所以在实践中开展了面向海洋信息领域的研究生理工结合培养模式的探索。

一、海洋信息领域理工结合研究生课程设置

交叉学科研究生课程具有基础知识覆盖面广、课程内容前沿性强、选课学生专业背景丰富和科研实践性强的特点。团队依托于哈尔滨工程大学海洋信息获取与安全工业和信息化部重点实验室、哈尔滨工程大学纤维集成光学教育部重点实验室，从课程内容、教学方式、课程实践及授课对象等多方面综合考虑多学科交叉研究生课程的建设工作。

首先，制定面向海洋信息领域的具有理工结合的特色课程体系。参考国内外著名大学的课程体系、教材和教学机制。在这些特色课程体系基础上选用高质量的、适宜教学的教材。在海洋信息探测研究方向上，研究生的主干课程设置为：卫星海洋遥感、海洋光学、海洋声学、海洋激光探测原理、海洋探测专题实践、海洋磁场目标探测和海洋探测随机信号处理等。如图1 所示。

图1 海洋信息探测课程

这些理工结合的课程体系、教材和教学机制构成了研究生特色课程教学整体框架，目前已经开设了海洋磁场探测这门课程。根据实践过程研究具有学习反馈环节的研究生特色课程教学机制。

卫星海洋遥感课程是一门多学科交叉融合的新兴学科，是20 世纪后期驱动海洋信息技术发展的重要学科。课程参考教材是中山大学出版社出版的，美国迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋和大气科学学院著名海洋专家G.A.莫尔（George A.Maul）著编，中山大学海洋学院刘汾汾老师翻译的《卫星海洋学》。慕课资源选用的是河海大学在中国大学MOOC 平台上线的卫星海洋学课程，如图2 所示。课程内容涉及物理学、光信息技术及海洋信息等多个学科。所以这门课程适合具有物理学背景的哈尔滨工程大学物理与光电工程学院（以下简称我院）研究生学习。

图2 卫星海洋学遥感课程慕课资源

海洋光学课程是一门从光学的角度研究海洋光学特性的学科，通常被认为是海洋学的特殊分支。团队依托我院海洋光学联合创新实验室，如图3 所示，及物理光学教学团队建设了海洋光学课程。课程教材采用青岛海洋大学出版社出版的《海洋与大气光学》。

图3 海洋光学联合创新实验室

海洋声学是研究声波在海洋中传播的规律和利用声波探测海洋的学科。经过与哈尔滨工程大学（以下简称我校）水声学院相关教授研究结合我院研究生物理学背景决定采用我校的国防特色教材《水声学原理》，聘请水声学院和我院物理专业老师共同担任主讲教师，慕课资源选用我校杨士莪院士主讲的振动与声基础，如图4所示。

图4 海洋声学慕课资源

海洋激光探测技术是水下声呐探测技术的有益补充，依托我院水下布里渊散射目标探测技术研究团队和激光原理课程负责人，开设了海洋激光探测原理课程。教材采用徐启阳等编著的国防工业出版社出版的《蓝绿激光雷达海洋探测》。

海洋磁场目标探测是利用地球磁场空间分布实现水下目标探测的技术，依托我院长期从事海洋磁场探测与导航技术研究团队，由该团队多年承担的电动力学及电磁场与电磁波教学工作老师负责本课程的教学工作。团队目前在海洋信息领域的理工结合研究方向已培养了多名硕士研究生，依托多个国家自然科学基金等项目开展了三轴磁强计及其阵列的标定、磁梯度张量导航定位、磁梯度张量场自主定姿、地磁梯度场延拓、磁性体探测系统研制、磁特征测试与提取等理论及技术的研究。并取得了丰硕成果，相关成果发表于SCI 收录的期刊上，申请国家发明专利几十项，授权多项，同时获省部级科技奖励。

依托我校海洋信息获取与安全工业和信息化部重点实验室、纤维集成光学教育部重点实验室开设海洋探测专题实践课程。我校的海洋信息获取与安全工业和信息化部重点实验室是海洋信息领域的研究主力军、核心和关键共性技术突破的重要依托力量与海军装备研制的重要基地，也是我国海洋信息获取与安全技术的科技创新基地，已成为我国学科方向最全、规模最大的海洋信息人才培养基地。海洋信息获取与安全工业和信息化部重点实验室拥有半个多世纪的水下探测技术实力及研究积淀，可以查阅和借鉴许多不涉密的原始资料；拥有国内最先进的水下探测科研设施，包括如图5 所示的全频段非消声水池、低频消声水池、高频信道水池，以及亚洲唯一的重力式低噪声水洞，配备有辅助实验用的载重10 t 的吊车、水池上的实验航车，项目组拥有一些电、磁与声学方面的实验测试仪器和设备，能够为研究生从事海洋物理探测的研究方向提供实验保障和硬件条件。

图5 海洋探测专题实践的消声水池

纤维集成光学教育部重点实验室拥有几百平方米的实验室面积和两千多万元的仪器设备，在特种光纤制作设备、光纤微加工设备、光学性能评估、测量及应用方面设备齐全，包含600 m超净光学实验室、400 m洁净实验室、多个大型隔震光学平台、一批电子测量仪表和光学测试仪器，为多个学科专业的研究生科研训练提供了实验条件。纤维集成光学教育部重点实验室研究方向，如图6 所示。

图6 纤维集成光学教育部重点实验室研究方向

二、构建一主多辅、理工结合的导师团队

成立了一主多辅、理工结合的导师团队。所谓的一主多辅含义是：每一位研究生由一位导师主要指导，同时接受多位导师的辅助指导，导师组集体制定并实施研究生的培养方案及培养计划。根据海洋信息学科群特色解决导师对跨学科的知识和思维的欠缺与单位对跨学科师资力量统筹的限制。理工结合的研究生培养要求成立跨学科的、具有相似研究方向的指导教师团队，开展多学科的合作与交流，实现优势互补。面向某一研究方向，针对特定课题任务与队伍需求，构建了一主多辅、理工结合的导师团队。跨学科联合导师指导组可以从多学科的角度给学生以指导，而不只局限于自己学科的范围，在一定程度上拓宽了学生的视野。在实践工程中首先研究一主多辅、理工结合的导师团队协同合作机制；其次，探索了一主多辅、理工结合的导师团队的遴选、评估考核和监督制度；最后，制定了一主多辅、理工结合的导师团队支撑机制。

三、理工结合的研究生多学科交叉培养实践

理工结合高层次人才培养模式的落脚点是物理等理学学科的研究生依托海洋信息学科群及其科研平台，开展多学科交叉课题研究，践行创新能力培养的实践探索，团队从以下几个方面进行了研究与尝试。

首先，发挥交叉学科的优势，共同申报了科研课题；其次，发挥研究生的科研主动性，研究生利用我校国内最先进的水下探测科研设施及项目组的电、磁与声学方面的实验测试仪器和设备开展海洋物理探测方面的研究；最后，发挥导师团队的专业特长，协同指导研究生的学习。

在理工结合的研究生多学科交叉培养实践上，根据研究生的专业兴趣和课题需求，使研究生在多个学科实验室平台或多个研究组之间进行轮训，之后再确定一个“最适宜实验室”进行深入的科研训练和论文课题研究；按照小型—中型—博士项目的培养路径，对研究生进行项目体验式的科研能力构建；让研究生参与不同学科的知识讲座、学术论坛与会议、联合培养、海外访学和研讨班等科研活动。

四、结束语

面向海洋信息领域，根据理工结合的研究生课题研究方向，构建了研究生特色课程体系；成立了一主多辅、理工结合的导师团队指导研究生的课程学习和科研训练。构建了根据理工结合、多学科交叉的特点，按照小型—中型—博士项目的渐进式、阶梯式培养路径，对研究生进行了项目体验式的科研能力培养。理工结合的理念虽得到广泛的认同，但在具体实施过程中仍有不少困难和障碍，希望本文可为海洋信息学科群的多学科交叉的科学研究策略和高层次创新人才培养模式提供有价值的对策。也希望本文可以为其他学科群多学科交叉的科学研究策略和高层次创新人才培养模式的建设，为“双一流”建设和高层次人才培养提供有益参考。